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JP4044183B2 - Portable device for temperature measurement - Google Patents

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JP4044183B2
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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は一般に、赤外線測定技術を用いて表面の温度をより正確に測定するための方法と装置とに関し、より詳細には、温度を測定するエネルギー領域の周縁をより明瞭に画定するため少なくとも1本の境界画定レーザ照準ビームを照射するように構成されたレーザ照準装置を用いるそのような方法と装置とに関する。一般に、この画定は、前記1本のレーザビームをエネルギー領域の周縁の回りに向けるか、エネルギー領域の周縁に焦点を合わせた3本以上の固定レーザビームを使用するか、またはエネルギー領域の周縁上にある3箇所以上の所定位置に向けられた制御された単一レーザビームを使用することにより行なわれている。別の例においては、例えばスリップリングを用いてエネルギー領域の周縁の周囲に単一レーザビームを回転させることができる。また別の例においては、エネルギー領域の境界を画定する一連の断続した線を形成するため単一の回転レーザを同期的にパルス化し、より小さな領域に全体のワット量を集中させ、ビームの輝度をより高くすることにより、レーザの効率を増大させることができる。さらに、エネルギー領域の中央のスポットないしそれより大きな中央領域に向けられ、かつそれらを画定する付加的なビームとともに前記境界画定ビームを用いることもできる。
さらに別の方法と実施例においては、少なくとも1本のレーザビームを回折格子などに通すことにより、3本以上の複数の細分ビームに細分化し、放射計によってエネルギー領域を調べる目標上に、照光されたスポット領域のパターンを形成することができる。本明細書において、「複数」という用語は3つ以上、例えば6、12などを意味する。
【0002】
【従来の技術】
赤外線遠隔温度測定装置(一般に赤外線高温計または放射計と称されるもの)は、多年にわたり、遠隔位置から表面の温度を測定するために使用されている。それらの動作原理は周知のものである。あらゆる表面は絶対零度を上回る温度において放射エネルギーの形で熱を放射する。この放射エネルギーは、電磁波を発生させる分子運動によって形成される。このようにして、物質中のエネルギーの一部がその物質表面から直線的に放射される。
多くの赤外線放射計は光学的な反射および/または屈折の原理を用いて所定表面からの放射エネルギーを捕捉する。
赤外線放射は検出器上に集束して解析され、周知の技術を用いて表面エネルギーを補集および処理し、温度を算出して適切な表示装置に表示する。
このような放射計を用いて表面温度を測定する際は、測定値を得るべき表面のエネルギー領域内にある目標ないし「スポット」に測定器を向ける。放射計は発せられた放射を光学系を通して受け、赤外線感応検出器上に放射を集束させる;この赤外線感応検出器は信号を発生させ、その信号が内部で処理され温度測定値に変換されて表示される。
表面上のエネルギー領域の正確な位置はその大きさとともに、測定結果の精度と信頼性とを保証するためにきわめて重要である。このような放射計における光学系の視野は、エネルギー領域の直径が目標までの距離に正比例して増大するようなものであることが容易に了解されよう。このような放射計の一般的なエネルギー領域は、検出器上に集束させたエネルギーの90%が見出だされる領域として定義される。従来、実際のエネルギー領域の周縁は、「対目標距離表」の使用または実際の物理的な測定によって近似させる以外に、正確に決定する方法がなかった。
目標の大きさおよび距離は、大部分の赤外線温度計の精度にとって決定的に重要である。あらゆる赤外線測定器には、ある視野(FOV)、すなわちその測定器が検知するすべての温度を平均するところの視野の角度がある。視野はその角度または距離対大きさの比(D:S)によって表わされる。D:S=20:1であり、かつ目標までの距離を目標の直径で除したものが正確に20であれば、その目標はその測定器の視野を過不足なく満たしている。60:1のD:S比は視野1度に等しい。
大部分の赤外線温度計は固定焦点の光学部品を備えているので、最小寸法スポットは指定された焦点距離において発生する。一般に、測定器がD:S比120:1で焦点距離152.4cm(60インチ)の固定焦点光学部品を備えている場合、その測定器が達成可能な最小スポット(分解能)は、測定器から152.4cm(60インチ)の距離において、152.4(60)を120で除したもの、すなわち1.27cm(0.5インチ)である。これは、測定器が測定可能な最小スポットに目標の大きさが近接している場合において重要となる。
しかしレーザを用いてエネルギー領域の中心位置だけを正確に特定しても、測定値を得ている実際のエネルギー領域の範囲を使用者が画定することはできない。その場合、しばしば不正確な測定値がもたらされる。例えば、放射が発せられる領域が目標の直径の限界よりも小さい場合(目標から遠すぎるか目標が小さすぎる場合)、不正確な測定値が生じる。
目標までの距離を決定するのに用いられる方法の1つは、赤外線距離検出器、ドップラー効果距離検出器、または写真術に用いられるものと同様の分割像検出器を使用することである。しかし、測定される表面の実際の領域に関していかなる程度であれ確実性を得ようとすれば、エネルギー領域の正確な大きさを知らなければならない。このことは、エネルギー領域が小さすぎる場合またはエネルギー領域が包含する表面の形状が不規則である場合に特に当てはまる。表面がエネルギー領域の全体を満たしていない場合、測定値は低くなって誤りが生じる。
同様に、表面の形状が不規則な場合、目標の一部が実際の測定されるエネルギー領域から外れるので測定値に誤りが生じる。
したがって、エネルギー領域の見かけの中心だけに単一のレーザビームを用いても、放射計の使用者は測定されているエネルギー領域の境界を明確には認知していないので、完全な精度は保証されない。
了解されるように、いずれの従来技術もこの固有の問題を認識しておらず、またそれによって生じる諸問題の解決策を提示していない。
【0003】
従来技術においては、目標において目視可能な方法により目標表面のエネルギー領域を表示するための提案がなされている。
そのような表示の第1の種類はマルチスペクトル光を用いるものであり、例えば、目標においてエネルギー領域の境界を画定するための白熱灯光源の使用を教示している特公昭57-22521号公報に明示されている。関連する特公昭62-12848号公報も目標においてエネルギー領域の境界を画定するためのマルチスペクトル光の同様の使用を提示している。
さらに、米国特許第4494881号においてエヴェレスト(EVEREST)は、受光される赤外線ビームとマルチスペクトル光とが同じ光学装置を使用できるようなビームスプリッタ装置とともにマルチスペクトル光源を用いることを提示している。エヴェレストは、温度を測定すべき目標表面に照射される白熱灯またはストローブ光などの可視光源の使用を教示している。これは温度測定値を得る同じエネルギー領域に付加的なエネルギーを与えるものであり、精度が低下する。エヴェレストにおいてビームスプリッタが用いられる場合は、白熱光ビームによりビームスプリッタが赤外線エネルギーの放射体として作用する。エヴェレストにおいてフレネルレンズが用いられる場合は、光がフレネルレンズの温度を上昇させる傾向があり、それが赤外線検出器に反映される。
この表示方法は、非干渉性のマルチスペクトル光を用いるものであり、特に、マルチスペクトル光自体が熱要因となり、この装置のエネルギー検出手段による測定値が不正確になるという不利益がある。
レーザとは、放射刺激発射による光増幅(Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation)のことである。この装置は、高い干渉性をもった強力な光ビームをつくり出すため1960年に発明された。そこでは物質中の原子が同じ位相で放射を行なう。レーザ光はホログラフィに使用されている。光ビームは、すべての成分波が同位相であるときに可干渉性をもつ。レーザは可干渉光を発するが、原子が独立に振動する通常の電気白熱光は非干渉性である。
白熱光線は本質的に非干渉性であり、そのため不可視的な赤外線領域の境界に平行かつきわめて近接して照射された赤外線領域内側の白熱光は熱エネルギーとして反射されるので、単に白熱光源をレーザで代用することは不可能である。白熱光線を赤外線領域から明確に遠ざけると、目標領域を正確に画定することができなくなる。
第2の種類のエネルギー領域表示装置は干渉性のレーザ光を用いるもので、例えばデリンジャー(DERRINGER)の米国特許第4315150号に明示されており、そこではエネルギー領域の焦点、すなわち中心を明示するためにレーザが用いられる標的赤外線温度計が対象となっているが、デリンジャーにおいては、2本を超えるレーザビームによるエネルギー領域の境界の画定を示唆するものはない。
米国特許第5085525号においてバルトシアクら(BARTOSIAK ET AL)は、調査される目標領域を横切る連続的または断続的な線を提供するためのレーザビームの使用を教示しているが、目標領域の境界の画定も、目標領域の中心点または中心領域の表示も示唆されていない。
本発明者による関連する米国特許第5,368,392号および第5,524,984号は本発明のレーザ照準に関する先行技術を開示している。
関連するドイツ特許公報としては:
DE - 38 03 464;
DE - 36 07 679;(レーザ照準装置に関する)
DE - 32 13 955;(エネルギー領域の位置および直径を表示するためのビームスプリッタおよびデュアルレーザビームに関する)がある。
上記すべての従来技術は本件に引例として組み入れられている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
上記の背景に対し、本発明の第一の目的は、赤外線技術を用いて表面の温度を測定する装置を提供することにある。
本発明のもう1つの目的は、従来使用されている技術を用いて与えられるものよりも正確な表面温度の測定値を与えるそのような装置を提供することにある。
本発明のもう1つの目的は、測定される表面上のエネルギー領域の位置、大きさおよび温度を使用者が視覚的に認識できるような、そのような装置を提供することにある。
本発明のもう1つの目的は、熱検出器と、前記表面のエネルギー領域における周縁の境界を明確に画定するためのレーザビームとを使用するそのような装置を提供することにある。
本発明のもう1つの目的は、回折格子に通すことにより細分される少なくとも1本のレーザビームを使用して、エネルギー領域を調べる目標に当たってパターンを形成する複数の3本以上の細分ビームを形成することのできる装置を提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】
本発明における温度測定の為の携帯型装置は、温度感応赤外線放射計1400 と、レーザ照準装置1401とを備える温度測定の為の携帯型装置であって、 上記放射計1400 は、遠隔の温度測定対象の表面1407における表面温度測定の為の赤外線のエネルギー領域の範囲に対応する視界の角度を有し、かつ、上記レーザ照準装置1401と共に、遠隔の赤外線放射表面1407に上記視界の角度を指向する状態で、レーザ照準装置1401における単一ビームレーザ発生装置1402の近傍に配置されている温度測定の為の携帯型装置において、
上記レーザ照準装置1401 には、単一ビームレーザ発生装置1402を備え、この単一ビームレーザ発生装置1402は、遠隔の温度測定対象の表面1407の向きにレーザービーム1403を発生させ、 1つの回折格子1405は、上記発生装置1402と遠隔の温度測定対象の表面1407とを結ぶ線上に配置されており、上記回折格子1405は、上記発生装置1402 からの1本のレーザービーム1403が入射すると、上記レーザービーム1403の延長線上の軸1406のまわりに複数の細分化されたレーザービーム1403aを対称的に拡散する状態で、同時に発生させて上記複数の細分化されたレーザービーム1403aを、表面1407上に複数の光点1403bにより1つの円周状となる可視パターンが形成されるように温度測定の表面1407に同時に到達させ、上記遠隔の温度測定対象の表面1407における上記放射計1400 が備える視界の角度の内に存在する不可視のエネルギー領域の範囲の境界を、上記複数の光点1403bでもって円周状の可視パターンとして表出させるようにし、上記放射計1400 の指向方向と、上記複数の細分化されたレーザービーム1403aにおける軸1406とは、不可視のエネルギー領域の範囲の境界と、円周状の可視パターンとが、対応するように調整可能にしたものである。
【0006】
【発明の実施の形態】
従来技術による放射計では長い間、装置の適正な照準合わせおよび位置合わせを支援するためレーザ照準装置および方位測定器が用いられてきた。図1は、従来技術による携帯型放射計の操作に用いられる方位測定器を示している。全体的に参照符号10で示されるこのような放射計は、温度を測定する表面20上のスポットないし目標18にレーザビーム14を照射するレーザ照準器12を包含している。このスポット18は、放射計10で測定されるエネルギー領域‘E’の中心に位置している。放射計10は検出器16を包含しており、検出器16は、エネルギー領域E内の表面から放射されるエネルギーから間接的に算出される表面20の温度の変換、算出および表示のための通常の内部回路および表示手段(図示せず)に接続されている。そのようなエネルギーは表面20からすべての方向に直線的に放射され、放射計10の検出器16により捕捉される。赤外線放射の原理を用いることにより、この放射計はエネルギー領域E内の赤外線エネルギーを捕捉および測定し、その表面温度を表示することができる。
エネルギー領域Eの実際の大きさおよび形状は、放射計の光学装置と、放射計と目標との間の距離とによって決定される。各放射計は装置の仕様書に通常明記されている明確な視界の角度、すなわち「視野」をもっている。目標までの距離とともに視野が既知であれば、エネルギー領域Eの大きさはあらかじめ決定される。明らかに、放射計が目標から遠方で保持されるほど(すなわち前記距離が大きくなるほど)、見かけのエネルギー領域Eは大きくなる。
このことは「距離対スポットサイズ比」によって表わせる。例えば、「距離対スポットサイズ比」が40:1であれば、101.6cm(40インチ)の距離においてエネルギー領域周縁の直径は2.54cm(1インチ)となり、50.8cm(20インチ)の距離ではエネルギー領域の直径は1.27cm(1/2インチ)となる。高温計の製造会社は、特定の距離におけるエネルギー領域を決定するための視野表を通常提供している。
しかしながら容易に了解可能なように、このようなレーザ照準装置は、測定されるエネルギー領域の中心を明示できるだけであって、測定値を得る実際のエネルギー領域の、直径とは異なる外縁を明示することはできない。放射計10の位置が表面から遠くなるほど、見かけのエネルギー領域Eは大きくなる。したがって、表面20の大きさおよび形状により、実際のエネルギー領域Eは表面20の不規則形状部分を含むか、さらには表面の縁部を越えて広がることもあると考えられる。当然ながら、そのような例においては、温度測定の結果は不正確になる。このようなエネルギー領域Eの外縁が分からなければ、放射計10の使用者はそのような事実を知ることがなく、測定結果が不正確なものとなる。
本発明はエネルギー領域Eを可視的に画定するための手段を提供するものであり、それにより放射計10の使用者が測定している実際のエネルギー領域を視認して、測定している表面に対してそのエネルギー領域がどのような位置にあるかを判定できるようになっている。本発明のさまざまな実施例においては、測定される表面に精度の高いレーザのスポットまたはラインが投射され、そのようなスポットまたはラインがエネルギー領域Eの周縁を取り囲むように位置決めされる。
エネルギー領域Eの周囲を囲む経路上でレーザビームを移動させることによりエネルギー領域Eの周縁を目標上で識別することができれば、測定を行なっているエネルギー領域が測定すべき表面上に完全に存しているかどうか、またその表面が他のものより正確な測定値を与える種類のものであるかどうかを使用者が迅速かつ正確に決定することができる。
エネルギー領域Eの周縁は、特定の放射計においてその仕様に明示されている前記「視野」と、放射計と目標との距離との関数として確定される。エネルギー領域の大きさおよび形状の確定は一般的な数式を用いて容易に実施することができる。確定後、以下に述べる方法および装置によりレーザビームがエネルギー領域Eの周縁に照射される。簡易な「照準」方法の1つは、同軸上から発散する放射計の視野と同じ角度でレーザビームを照射するか、または「距離対スポットサイズ比」の計算に従ってレーザビームの角度を機械的に調整するものである。どちらの場合においても、エネルギー領域Eの周縁は前記のレーザビームにより明示される。
【0007】
図2(C)は、温度を測定する表面上のエネルギー領域の境界を画定する技術を示すものであり、そこでは、レーザビーム14の前方に位置する鏡面30に向けられたレーザビーム14をレーザ照準装置12が発射する。鏡30は動力手段32を用いて回転させられ、それにより円を描くようにビームを回転させて、測定する表面上のエネルギー領域Eを画定する。もしくは振動手段により、または磁場(図示せず)の印加により鏡30を回転させることもできる。鏡30の回転は、90%のエネルギー領域Eに対応する屈折角をもって行なうべきであり、それによってレーザビーム14がエネルギー領域Eの周縁回りに回転し、放射計10の使用者がその周縁を視認することが可能となる。
レーザ照準装置12が放射計10と一体をなしていてもよく、または放射計10上またはその近傍に取り付け可能な独立の装置であってもよいことは了解されるべきである。
別の方法として、所定の角度をもった鏡30の代わりにプリズムを使用し、このプリズムを反射鏡面として作用させ、それによってレーザビームをエネルギー領域の周縁に向けることもできる。
図2(A)および図2(B)は、測定すべき表面上のエネルギー領域Eの境界をレーザビームを用いて画定する方法を示している。ビーム14の回転は、視覚的に追跡可能な速度で行なわれるように注意して制御することが重要である。それによって最大のビーム強度が達成される。図2(A)および図2(B)に示すように、レーザビームは一連のステップを通じてエネルギー領域Eの周囲を回転し、レーザビームが次の位置へ移動する前に少なくとも100分の1秒間、各ステップに留まるようになっている。これは、エネルギー領域Eの周囲に複数のステップE−1、E−2等を設けることにより実現される。レーザビーム14は所定の期間各ステップに停止して、次のステップへの移動前にビームを視認できるようにする。
【0008】
図3は、温度を測定する表面上のエネルギー領域の境界を画定する技術を示すものであり、そこでは動力手段132を用いてレーザ112を支点120を中心として機械的に旋回させることにより、エネルギー領域Eを画定する円またはその他の閉じた図形を描くようにレーザ112自体を回転または変位させる。もしくは振動手段(図示せず)により、または磁場(図示せず)の印加によりレーザ112を回転させることもできる。しかしレーザ112の回転は90%のエネルギー領域Eに対応する屈折角をもって行なうべきであり、それによってレーザビーム114がエネルギー領域Eの周縁回りに回転し、放射計10の使用者がその周縁を視認することが可能となる。
【0009】
図4では、磁場225の印加によりレーザ212を支点220を中心に回転させ、90%エネルギー領域Eの周縁上にレーザビーム214を照射することにより、放射計10の使用者がそのビームを視認できるようになっている。このような実施例では、90%のエネルギー領域に対応してレーザを回転させるように磁場225を変化させる手段(図示せず)が配設されている。
【0010】
図5では、レーザ312は、検出器316の周囲に少なくとも2本の独立したレーザビーム314Aおよび314Bを形成する少なくとも2つの構成要素312Aおよび312Bを備えている。これら少なくとも2本の独立したビーム314Aおよび314Bは、測定表面320のエネルギー領域Eの中心ではなくエネルギー領域Eの周縁に向けられている。2本を超えるそのようなレーザビームの使用により、単なるE領域の中心ではなく重要なエネルギー領域E全体が明確に識別されるようになる。必要であれば、独立したレーザを使用するか、またはレーザ分割装置を用いて単一のレーザビームを分割することもできる。格子やホログラフィ用部品などの回折装置を用いて複数のビームを形成してもよい。前記エネルギー領域の異なる側にレーザビームを照射するように2基以上のレーザを構成してもよい。
【0011】
図6は、温度を測定する表面上のエネルギー領域の境界を画定する技術の別の実施例を示すものであり、そこではレーザ412を検出器416の周囲に円を描くように機械的に旋回させ、表面(図示せず)の円形経路上にレーザビーム414を照射させることにより、エネルギー領域Eを画定する。レーザ412は連接アーム421上に設けたピボットベアリング420に回動自在に取り付けられている。アーム421は、モータ422により回転させられるピボットベアリング424に取り付けられている。このようにして、レーザ412から照射されたレーザビーム414は、温度を測定している表面のエネルギー領域Eの周囲を回転してその境界を画定する。
【0012】
このレーザビームの回転は、図7に示すようなビームスプリッタまたは光ファイバ技術を用いて実施してもよく、そこではレーザビームは光ファイバ手段501を通じて照射される。そのようにして、ビームはレーザ光源から扇状に広がってエネルギー領域Eを取り囲み画定する。十分な数のファイバオプティクスを使用することにより、光の環、または点で形成される環によって目標領域Eの周縁の境界を画定することができる。これは、180度離して配置したわずか2本のファイバにより、ピックアップパターンが円形となるので実現することが可能である。さらに、光ファイバ手段はエネルギー領域の中央スポットないしはそれより大きな中央領域にレーザビームを向けるように作用してもよい。
【0013】
図8は、レーザ612から照射されるレーザビーム614を回転させるさらに別の手段を示している。この方法では、レーザビーム614は回転する平面鏡630に向けられ、そこで、めっきされたプラスチック製の円錐鏡631に向けて反射される。この反射したビームは表面に照射され、エネルギー領域Eの周縁を画定する。平面鏡630はモータ622により駆動される。このようにして、レーザビーム614は測定される表面のエネルギー領域Eの周縁の回りを回転する。これらの鏡は、レーザ照射が赤外線検出器のピックアップ角度と同じ角度で行なわれるような角度で位置決めされている。
【0014】
当然ながら、エネルギー領域Eの形状として図1から8に示す円形以外も想定可能であることは了解されよう。図9(A)から(C)は、本発明の手段を用いて実現可能な光パターンとして代替的な正方形(図9(A))、矩形(図9(B))および三角形(図9(C))を示している。閉じた形状が好ましい。この形状には3個以上の点またはスポットを含めてもよい。
【0015】
図10は、レーザビームを回転させずに円形形状を実現することが可能なエネルギー領域の画定方法を示しており、この方法は、多くのスポットを投射するように位置決めされた複数の固定した光ファイバを用いることを特徴とする。この図において、固定されたレーザ712がビーム713を出射し、このビームは光ファイバ715のバンドルによって複数のビーム714に分割され、エネルギー領域Eを画定するパターン716を表面上に投射する。必要であれば、特別な形状を使用してもよい。回折手段によってもそのようなパターンが形成される。
図10を参照すると、複数のレーザビームを照射するための前記手段(バンドル715)はまた、軸方向にレーザビームを照射するように構成された光ファイバを含み、例えば、測定される表面に単一の中央スポットないしはそれよりも大きな中央領域を形成することによって、それら複数のレーザビームがエネルギー領域の中心および周縁の双方を明示かつ画定するようになっている。
【0016】
図11および12は温度を測定する表面上のエネルギー領域の境界を画定する技術によるさらに別の実施例を示すものであり、そこではスリップリングおよび釣合い重りの使用によりレーザが回転するように構成されている。例えば、図11はそのようなレーザ照準装置1000を示している。レーザ照準装置1000は赤外線検出器(図示せず)と組み合わせた一体の装置として配設することもでき、または赤外線検出器に対して着脱自在な照準装置として独立させることもできる。
図11のレーザ照準装置1000は、電源1018より電力を供給され目標にレーザビーム1014を照射するレーザ1012を包含している。レーザ1012は支点1020を中心に回動自在に取り付けられている。照準装置に動力を供給しレーザ1012を回転させるためモータ1021が配設されている。モータ1021およびレーザ1012の回転をオン/オフにするため外部スイッチ(図示せず)を設けてもよい。レーザ1012の位置、したがってより重要なレーザビーム1014の方向を制御するため上部および下部のねじ式調節装置1013および1011が個別に設けられている。上部のねじ式調節装置1013は非回転時に使用されるように構成されており、下部のねじ式調節装置1011はレーザ1012の回転中に使用される。
レーザ1012は電源1018により電力を供給される。レーザ1012の回転を容易にするためスリップリング1016が配設されている。レーザ1012の上方および下方には上部および下部の釣合い重り1015Aおよび1015Bがそれぞれ配設され、戻しばね1019も配設されている。
図11における照準装置1000のレーザ1012はモータ1021により駆動されると支点1020を中心に回転するように構成されている。これにより、レーザ1012は目標(図示せず)に対し円形状パターンを描いてレーザビーム1014を照射することができる。回転中、釣合い重り1015Aおよび1015Bには遠心力が作用してレーザ1012を傾斜させる。その傾斜角度はねじ式調節装置1013および1011により制御することが可能である。この角度は、この照準装置が用いられる赤外線検出器の赤外線検出器視野に対応するように調整される。レーザビーム1014はその後赤外線検出器(図示せず)の目標領域の周縁上を移動する。モータ1021がオフになると、戻しばね1019がレーザ1012を中央に位置決めする。このようにして、レーザビームが目標領域の中心に位置することになる。これにより使用者のための矯正機能が果たされ、レーザ照準装置の照準合わせが適正に行なわれる。
【0017】
図11のレーザ照準装置の変型が図12に示されている。レーザ照準装置1100は、赤外線視野1161をもつ赤外線検出器1162とともに示されている。レーザ照準装置1100はレーザビーム1114を照射するレーザ1112を包含している。レーザ1112は支点1120上に回動自在に取り付けられている。支点1120に対してレーザ1112の反対側には釣合い重り1115が配設されている。レーザ1112は電源1118により電力を供給され、モータ1121により回転させられるように構成されている。レーザ1112の回転を容易にするためスリップリング1116が配設されている。
図12のレーザ照準装置1100は図11の照準装置1000と同様に動作するように構成されている。レーザ1112が支点1120を中心として回転すると、レーザビーム1114は目標(図示せず)に対し赤外線検出器1162における赤外線視野1161の周縁の回りに照射される。
【0018】
図13は温度を測定する表面上のエネルギー領域の境界を画定する技術のさらに別の実施例を示している。レーザ照準装置1200は、標準的な赤外線検出器または放射計に対して着脱自在な独立型の装置として設けられている。照準装置1200は、照準装置1200のハウジング1201内に収納されたレーザ1212を包含している。レーザ1212は目標(図示せず)に対しレーザビーム1214を照射するように構成されている。レーザ1212は電源(図示せず)により電力を供給される。レーザ1212には回転アセンブリ1227を介してモータ1221が連結されており、レーザをハウジング1201内で回転させる。ハウジング内でのレーザ1212の回転を容易にするためスライダ1226が配設されている。
レーザ1212の位置、したがってレーザビーム1214の方向を制御するため調節ねじ1217が配設されている。レーザ1212の外側端部の周囲には、スイベルボールシート1220に嵌め込まれたスイベルボール1222が配設されている。スイベルボール1222近傍には、ばね座金1218が配設されている。
レーザ照準装置1200は、図11および12に示した照準装置と実質的に同じ方式で動作する;すなわち単一のレーザ1212をモータ1221により回転させて、照射したレーザビームを赤外線フィールドの周縁回りに回転させる。
【0019】
図14から16は、放射計とともに図示した温度を測定する表面上のエネルギー領域の境界を画定する技術によるさらに別のレーザ照準装置を示している。図14から16の実施例では、通常の放射計1300が使用されている。この放射計は、レンズ1306を備え、かつ最上部に取り付けられた眼鏡照準器1305を包含している。眼鏡照準器1305により、使用者は放射計1300を目標に向けることが可能になる。
放射計1300の両側には少なくとも2個のレーザ照準装置1312が配設されている。装置1312は、放射計の両側に約180度離れて位置するレーザ照準装置1312内に配設された一対のレーザ1314を包含しており、これらのレーザは、放射計により測定されるエネルギー領域の両側の目標に対し一対のレーザビーム(図示せず)を照射するように構成されている。このようにレーザビームを用いて、放射計1300により測定されているエネルギー領域の外縁を画定する。
【0020】
別の実施例においては、図11から16に示したレーザを同期させてパルス作動させてもよい。図17は、そのような実施例においてエネルギー領域の境界を画定する一連の断続した線を示す。本実施例におけるレーザの断続的使用により、レーザの効率が増大し、それによりレーザの全体的なワット量をより小さな領域に集中させビームの輝度を高めることができる。
【0021】
図18および19は、本発明によるレーザ照準装置の態様を、放射計とともに示している。本実施例では、通常の放射計1400が使用されている。全体的に参照符号1401で示されるレーザ照準装置は、レーザビーム1403を発生させる単一ビームレーザ発生装置1402を備えている。レーザビーム1403の光軸上、かつレーザ発生装置1402の前方には、ビームスプリッタ、ホログラフィ用部品、または一つの回折格子1405を収容する支持部1404が配置されている。本例においては、一つの回折格子1405が選択され、図示のように、レーザビーム1403が入射すると、軸1406に対して対称的に発散する全部で12本の細分ビーム1403aを単一の入射ビーム1403から形成するようになっている。図19を参照すると、相互に離間した別々の位置に形成されたレーザ光スポット1403bのパターンが示されており、温度が調べられる目標1407に細分ビーム1403aが当たっている。回折格子1405の性質のゆえに、スポット1403bは、レーザビーム1403の光軸を中心とする円上に等しい間隔Bをおいて並んでおり、細分ビーム1403aの全体的な広がりは目標1407からの装置の軸方向距離に依存する幅Aである。支持部1404の近傍かつ側方には放射計1400が配置されており、その視軸は発生したレーザビームの軸1406と平行であるが、必要であれば、ドット1403b全体の中心ではなく目標における選択された領域が測定されるように軸1406に対して放射計1400を調整可能とすることもできる。
【0022】
図2、3、4、6、8、11、12、13および18のいずれかによる装置はさらに、測定すべき表面領域に当たるように軸方向にレーザビームを照射するための手段を包含することもできる;例えば図18では細分ビーム1403aだけではなく軸1406に沿った中央の細分ビームも形成するように回折格子1405が選択される。
【0023】
図20を参照すると、レーザ発生装置1401の縦方向の中心軸上、かつ前記複数のレーザビームの内側で回折格子から適切な距離下流側に放射計1400が位置していて、スポットのパターンを形成するための細分ビームの伝送に干渉しないようなっている変型例が概略的に示されている。
ある実用的な構成形態においては、選択された測定領域に向けられる携帯型装置を提供するため、レーザビーム発生装置1401、回折格子支持部1404および放射計が支持構造(図示せず)上に適切に保持される。このように、温度を測定する領域上の放射領域の範囲を識別する方法は、前記放射計とともに使用するための照準装置であって、レーザビームを発生させるための手段を包含する照準装置を配設するステップと、前記レーザビームを回折格子手段に通すことにより複数の3つ以上の成分に分割するステップと、前記ビーム成分を前記領域に向け、前記ビーム成分が前記領域に当たる場所に複数の照光領域を形成するステップと、前記放射計により前記領域の温度を決定するステップとを包含することができる。好ましくは、前記回折格子手段は、前記領域の円その他の閉じた幾何学的図形上に間隔をおいて並んだ照光領域を形成する複数の3本以上のビームに前記レーザビームを細分化するようなものである。
【0024】
【発明の効果】
本発明によれば、回折格子1405は、単一構造の固体で、取付状態においては、衝撃に対して安定しているので、本発明の携帯型装置に用いる場合には、低コストで構成できるばかりでなく、携帯したときに振動があっても、狂いがなく、精度の良い装置として長寿命で用いることができる効果がある。
本発明の構成によれば、円形の可視パターンを認識する場合、複数の光点1403bが円周状の可視パターンとして同時に表出されるので、使用者は、円周上の可視パターンをちらつきのない明確な円形として視認できる効果がある。
さらに、遠隔の表面1407における温度を測定する場合、本発明の構成によれば、使用者は不可視の赤外線のエネルギー領域の範囲を、円形の可視パターンとして目視できるから、不可視の赤外線のエネルギー領域の範囲内の温度を正確に測定できる効果がある。
本発明の構成によれば、遠隔の表面1407における温度を測定する場合、温度測定の為の携帯型装置を上記表面1407から遠い位置に位置させても、近い位置に位置させても、常に不可視の赤外線のエネルギー領域の範囲と円形の可視パターンとは一致するから、使用者は常に、不可視の赤外線のエネルギー領域内の温度を正確に測定することができる効果がある。
本発明を、その好適な形態を特に参照して説明してきたが、特許請求の範囲により限定される本発明の精神および範囲から逸脱することなくさまざまな変更および変型をなしうることは明らかであろう。
また、本発明における前記およびその他の目的と利点とは、本発明の好適な実施例の詳細な説明と付属図面とを関連させることにより、より明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【図1】 レーザ照準装置を用いた従来技術型の放射計の略図である。
【図2】 (A)および(B)は、レーザビームを段階的に移動させてエネルギー領域を画定する方法を示す。(C)は、鏡を用いてレーザビームが目標領域の境界線を描くことを特徴とする実施例の略図である。
【図3】 機械的動力手段を用いてレーザを支点を中心として旋回させる実施例の略図である。
【図4】 レーザの方向を磁場によって変え目標領域を明示させる実施例の略図である。
【図5】 多くの独立したレーザビームが、測定されているエネルギー領域を画定するように照射される実施例の略図である。
【図6】 レーザを機械的に旋回させる実施例の略図である。
【図7】 レーザビームにより目標領域のパターンを形成するためのファイバオプティクスの配置を概略的に示す。
【図8】 レーザを検出器の回りに機械的に旋回させる実施例の詳細な断面図である。
【図9】 (A)から(C)は、本発明の装置を用いて投射可能な境界線の代替的な形状を示す。
【図10】 光ファイバを使用してレーザを、エネルギー領域を画定する複数のレーザビームに分割する実施例の略図である。
【図11】スリップリングを用いてレーザを回転させる、放射計との併用が可能なレーザ照準装置の側断面図である。
【図12】照準装置を赤外線検出器に取り付けた、図11のレーザ照準装置の変型例を示す側面図である。
【図13】レーザ照準装置のさらに別の変型例を示す側面図である。
【図14】レーザ照準装置が赤外線検出器の両側に配されるレーザビームを用いることを特徴とする実施例の側面図である。
【図15】 図14の実施例の正面図である。
【図16】 図14および15の実施例の平面図である。
【図17】 同期してパルス作動するレーザにより形成される断続した線を示す。
【図18】 回折格子により複数の独立したビームに分割され発散する単一のレーザビームをレーザ照準装置が用いることを特徴とする本発明の好適な実施例の部分断面図である。
【図19】 前記単一のレーザビームの細分化により発生する独立したビームが当たることにより目標領域上に形成されるレーザ光のドットパターンを示す線図である。
【図20】 放射計がレーザビームの光軸上に配置されている変型例を示す図形である。
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates generally to a method and apparatus for more accurately measuring the temperature of a surface using infrared measurement techniques, and more particularly, at least one for more clearly defining the periphery of the energy region in which the temperature is measured. It relates to such a method and apparatus using a laser aiming device configured to irradiate a book delimiting laser aiming beam. In general, this definition is achieved by directing the single laser beam around the periphery of the energy region, using three or more fixed laser beams focused on the periphery of the energy region, or on the periphery of the energy region. By using a single controlled laser beam directed to three or more predetermined positions. In another example, a single laser beam can be rotated around the periphery of the energy region using, for example, a slip ring. In another example, a single rotating laser is synchronously pulsed to form a series of intermittent lines that delimit the energy region, concentrating the entire wattage in a smaller region, and the beam brightness. The efficiency of the laser can be increased by increasing the. Furthermore, the demarcation beam can be used with an additional beam directed to and defining a central spot in the energy region or larger central region.
In yet another method and embodiment, at least one laser beam is passed through a diffraction grating or the like, so that it is subdivided into a plurality of subdivided beams of three or more and illuminated on a target for examining the energy region by a radiometer. It is possible to form a spot area pattern. In this specification, the term “plurality” means three or more, for example, 6, 12, and the like.
[0002]
[Prior art]
Infrared remote temperature measuring devices (commonly referred to as infrared pyrometers or radiometers) have been used for many years to measure the temperature of a surface from a remote location. Their principle of operation is well known. Every surface emits heat in the form of radiant energy at temperatures above absolute zero. This radiant energy is formed by molecular motion that generates electromagnetic waves. In this way, part of the energy in the material is emitted linearly from the material surface.
Many infrared radiometers use optical reflection and / or refraction principles to capture radiant energy from a given surface.
Infrared radiation is focused and analyzed on a detector, surface energy is collected and processed using known techniques, temperature is calculated and displayed on a suitable display.
When measuring the surface temperature using such a radiometer, the measuring instrument is aimed at a target or “spot” in the energy region of the surface from which the measurement is to be obtained. A radiometer receives emitted radiation through an optical system and focuses the radiation onto an infrared sensitive detector; this infrared sensitive detector generates a signal that is processed internally and converted into a temperature measurement for display Is done.
The exact location of the energy region on the surface, along with its size, is crucial to ensure the accuracy and reliability of the measurement results. It will be readily appreciated that the field of view of the optical system in such a radiometer is such that the diameter of the energy region increases in direct proportion to the distance to the target. The general energy region of such a radiometer is defined as the region where 90% of the energy focused on the detector is found. In the past, there was no way to accurately determine the perimeter of the actual energy region other than by approximating it by using a “target distance table” or by actual physical measurements.
Target size and distance are critical to the accuracy of most infrared thermometers. Every infrared measuring instrument has a field of view (FOV), that is, the angle of the field of view that averages all temperatures sensed by the instrument. The field of view is represented by its angle or distance to size ratio (D: S). If D: S = 20: 1 and the distance to the target divided by the target diameter is exactly 20, then the target is sufficient for the field of view of the instrument. A 60: 1 D: S ratio is equal to 1 degree field of view.
Since most infrared thermometers have fixed focus optics, the smallest dimension spot occurs at a specified focal length. In general, if the instrument has fixed focus optics with a D: S ratio of 120: 1 and a focal length of 152.4 cm (60 inches), the minimum spot (resolution) that the instrument can achieve is 152.4 from the instrument. At a distance of cm (60 inches), 152.4 (60) divided by 120, or 1.27 cm (0.5 inches). This is important when the target size is close to the smallest spot that the measuring instrument can measure.
However, even if only the center position of the energy region is accurately specified using the laser, the user cannot define the range of the actual energy region from which the measured value is obtained. In that case, it often results in inaccurate measurements. For example, if the area where the radiation is emitted is smaller than the target diameter limit (too far from the target or too small), an inaccurate measurement will occur.
One method used to determine the distance to the target is to use an infrared distance detector, a Doppler effect distance detector, or a segmented image detector similar to that used in photography. However, to obtain any degree of certainty about the actual area of the surface to be measured, the exact size of the energy area must be known. This is especially true if the energy region is too small or if the shape of the surface it contains is irregular. If the surface does not fill the entire energy range, the measured value will be low and an error will occur.
Similarly, if the shape of the surface is irregular, some of the target will be out of the actual measured energy region, resulting in an error in the measured value.
Therefore, using a single laser beam only at the apparent center of the energy region does not guarantee complete accuracy because the radiometer user does not clearly recognize the boundaries of the energy region being measured. .
As will be appreciated, none of the prior art recognizes this inherent problem and does not offer a solution to the problems that result.
[0003]
In the prior art, proposals have been made to display the energy area of the target surface in a way that is visible at the target.
A first type of such display uses multispectral light, for example in Japanese Patent Publication No. 57-22521, which teaches the use of an incandescent light source to demarcate the energy region at the target. It is specified. The related Japanese Patent Publication No. 62-12848 also presents a similar use of multispectral light to demarcate energy domains at the target.
Furthermore, Everest in US Pat. No. 4,494,881 suggests using a multi-spectral light source with a beam splitter device that allows the received infrared beam and multi-spectral light to use the same optical device. Everest teaches the use of a visible light source such as an incandescent lamp or strobe light that irradiates the target surface whose temperature is to be measured. This gives additional energy to the same energy region from which the temperature measurement is obtained, reducing accuracy. When a beam splitter is used in Everest, the beam splitter acts as an emitter of infrared energy by an incandescent light beam. When a Fresnel lens is used at Everest, light tends to increase the temperature of the Fresnel lens, which is reflected in the infrared detector.
This display method uses incoherent multispectral light, and in particular has the disadvantage that the multispectral light itself becomes a thermal factor and the measured value by the energy detection means of this apparatus becomes inaccurate.
Laser is light amplification by radiation stimulated emission (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation). This device was invented in 1960 to produce a powerful light beam with high coherence. There, the atoms in the material emit in the same phase. Laser light is used for holography. The light beam is coherent when all component waves are in phase. The laser emits coherent light, but normal electric incandescent light in which atoms vibrate independently is incoherent.
Incandescent light is essentially incoherent, so that the incandescent light inside the infrared region irradiated in parallel and very close to the border of the invisible infrared region is reflected as thermal energy, so simply use an incandescent light source as a laser. It is impossible to substitute with. If the incandescent light is clearly moved away from the infrared region, the target region cannot be accurately defined.
The second type of energy region display device uses coherent laser light, for example, as disclosed in US Pat. No. 4,315,150 to DERRINGER, where the focal point, or center, of the energy region is specified. Although targeted infrared thermometers where lasers are used in the deringer, there is no suggestion in Dellinger that the boundary of the energy region is defined by more than two laser beams.
In US Pat. No. 5,085,525, BARTOSIAK ET AL teaches the use of a laser beam to provide a continuous or intermittent line across the target area to be investigated, but at the boundary of the target area. Neither the definition nor the display of the center point or center area of the target area is suggested.
Related US Pat. Nos. 5,368,392 and 5,524,984 by the inventor disclose prior art on laser aiming of the present invention.
Related German patent publications include:
DE-38 03 464;
DE-36 07 679; (for laser aiming device)
DE-32 13 955; (for beam splitters and dual laser beams for displaying the position and diameter of the energy region).
All the above prior art is incorporated herein by reference.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
Against the above background, the first object of the present invention is to provide an apparatus for measuring the temperature of a surface using infrared technology.
Another object of the present invention is to provide such a device that provides a more accurate measurement of surface temperature than that provided using conventionally used techniques.
Another object of the present invention is to provide such a device that allows the user to visually recognize the location, size and temperature of the energy region on the surface to be measured.
Another object of the present invention is to provide such an apparatus that uses a thermal detector and a laser beam to clearly demarcate the perimeter boundaries in the energy region of the surface.
Another object of the present invention is to use at least one laser beam that is subdivided by passing through a diffraction grating to form a plurality of three or more subdivided beams that form a pattern for the purpose of examining the energy region. It is to provide a device capable of performing the above.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
The portable device for temperature measurement in the present invention is a portable device for temperature measurement comprising a temperature-sensitive infrared radiometer 1400 and a laser aiming device 1401, the radiometer 1400 is a remote temperature measurement Has a viewing angle corresponding to the range of the infrared energy region for surface temperature measurement on the surface 1407 of the object, and directs the viewing angle to the remote infrared emitting surface 1407 together with the laser aiming device 1401 In the state, in the portable device for temperature measurement arranged in the vicinity of the single beam laser generator 1402 in the laser aiming device 1401
The laser sighting device 1401 includes a single beam laser generator 1402, which generates a laser beam 1403 in the direction of the surface 1407 to be measured remotely, and has a single diffraction grating. 1405 is arranged on a line connecting the generator 1402 and the surface 1407 of the remote temperature measurement target, and the diffraction grating 1405 receives the laser beam 1403 from the generator 1402 when the laser beam 1403 is incident thereon. A plurality of subdivided laser beams 1403a are generated on the surface 1407 at the same time in a state where a plurality of subdivided laser beams 1403a are symmetrically diffused around an axis 1406 on the extension line of the beam 1403. The radiometer 140 on the surface 1407 of the remote temperature measurement object is made to reach the temperature measurement surface 1407 at the same time so that a visible pattern having one circumferential shape is formed by the light spot 1403b. The boundary of the range of the invisible energy region existing within the viewing angle of 0 is displayed as a circumferential visible pattern with the plurality of light spots 1403b, and the directivity direction of the radiometer 1400 The axis 1406 in the plurality of subdivided laser beams 1403a is such that the boundary of the invisible energy region range and the circumferential visible pattern can be adjusted.
[0006]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Prior art radiometers have long used laser aiming devices and azimuth measuring devices to assist in the proper aiming and alignment of the device. FIG. 1 shows an azimuth measuring device used for the operation of a portable radiometer according to the prior art. Such a radiometer, generally designated by reference numeral 10, includes a laser sight 12 that irradiates a laser beam 14 to a spot or target 18 on a surface 20 for measuring temperature. The spot 18 is located at the center of the energy region “E” measured by the radiometer 10. The radiometer 10 includes a detector 16, which is typically used for the conversion, calculation and display of the temperature of the surface 20 which is indirectly calculated from the energy radiated from the surface in the energy region E. Are connected to internal circuits and display means (not shown). Such energy is emitted linearly from the surface 20 in all directions and is captured by the detector 16 of the radiometer 10. By using the principle of infrared radiation, the radiometer can capture and measure infrared energy in the energy region E and display its surface temperature.
The actual size and shape of the energy region E is determined by the radiometer's optics and the distance between the radiometer and the target. Each radiometer has a clear field of view, or “field of view”, usually specified in the instrument specifications. If the field of view is known together with the distance to the target, the size of the energy region E is determined in advance. Obviously, the more the radiometer is held away from the target (ie the greater the distance), the larger the apparent energy region E.
This can be expressed by “distance to spot size ratio”. For example, if the "distance to spot size ratio" is 40: 1, the diameter of the energy region periphery is 2.54 cm (1 inch) at a distance of 101.6 cm (40 inches), and energy is 50.8 cm (20 inches). The diameter of the region will be 1.27 cm (1/2 inch). Pyrometer manufacturers typically provide a field of view to determine the energy range at a particular distance.
However, as can be easily understood, such a laser aiming device can only specify the center of the energy region to be measured, and it must specify the outer edge of the actual energy region from which the measurement is taken, which is different from the diameter. I can't. As the position of the radiometer 10 is further from the surface, the apparent energy region E becomes larger. Thus, depending on the size and shape of the surface 20, the actual energy region E may include irregularly shaped portions of the surface 20 or even extend beyond the edges of the surface. Of course, in such an example, the temperature measurement results will be inaccurate. If the outer edge of such an energy region E is not known, the user of the radiometer 10 does not know such a fact, and the measurement result is inaccurate.
The present invention provides a means for visually defining the energy region E so that the actual energy region being measured by the user of the radiometer 10 can be viewed and applied to the surface being measured. In contrast, the position of the energy region can be determined. In various embodiments of the invention, a precise laser spot or line is projected onto the surface to be measured, and such spot or line is positioned to surround the periphery of the energy region E.
If the periphery of the energy region E can be identified on the target by moving the laser beam on the path surrounding the energy region E, the energy region being measured is completely present on the surface to be measured. And the user can quickly and accurately determine whether the surface is of a type that gives more accurate measurements than others.
The periphery of the energy region E is determined as a function of the “field of view” specified in the specification of a particular radiometer and the distance between the radiometer and the target. The size and shape of the energy region can be easily determined using a general mathematical formula. After the determination, the laser beam is irradiated to the periphery of the energy region E by the method and apparatus described below. One simple "sighting" method is to irradiate the laser beam at the same angle as the field of view of the radiometer that diverges from the same axis, or mechanically adjust the angle of the laser beam according to a "distance to spot size ratio" calculation. To be adjusted. In either case, the periphery of the energy region E is clearly defined by the laser beam.
[0007]
FIG. 2C shows a technique for demarcating the energy region on the surface on which the temperature is measured, in which the laser beam 14 directed to the mirror surface 30 located in front of the laser beam 14 is lasered. The aiming device 12 fires. The mirror 30 is rotated using the power means 32, thereby rotating the beam in a circle to define an energy region E on the surface to be measured. Alternatively, the mirror 30 can be rotated by vibration means or by application of a magnetic field (not shown). The mirror 30 should be rotated with a refraction angle corresponding to 90% of the energy region E so that the laser beam 14 rotates around the periphery of the energy region E so that the user of the radiometer 10 can see the periphery. It becomes possible to do.
It should be understood that the laser aiming device 12 may be integral with the radiometer 10 or may be a separate device that can be mounted on or near the radiometer 10.
Alternatively, a prism can be used in place of the mirror 30 at a predetermined angle, and this prism can act as a reflecting mirror, thereby directing the laser beam to the periphery of the energy region.
2A and 2B show a method for demarcating the boundary of the energy region E on the surface to be measured using a laser beam. It is important that the rotation of the beam 14 be carefully controlled to occur at a visually traceable speed. Thereby, the maximum beam intensity is achieved. As shown in FIGS. 2A and 2B, the laser beam rotates around the energy region E through a series of steps for at least 1/100 second before the laser beam moves to the next position. Stay in each step. This is realized by providing a plurality of steps E-1, E-2, etc. around the energy region E. The laser beam 14 stops at each step for a predetermined period of time so that the beam can be viewed before moving to the next step.
[0008]
FIG. 3 shows a technique for demarcating the energy region on the surface on which the temperature is measured, where the energy is obtained by mechanically turning the laser 112 about the fulcrum 120 using the power means 132. The laser 112 itself is rotated or displaced to draw a circle or other closed figure defining region E. Alternatively, the laser 112 can be rotated by vibration means (not shown) or by applying a magnetic field (not shown). However, the rotation of the laser 112 should be performed with a refraction angle corresponding to 90% of the energy region E so that the laser beam 114 rotates around the periphery of the energy region E so that the user of the radiometer 10 can see the periphery. It becomes possible to do.
[0009]
In FIG. 4, by applying the magnetic field 225, the laser 212 is rotated around the fulcrum 220, and the laser beam 214 is irradiated on the periphery of the 90% energy region E, so that the user of the radiometer 10 can visually recognize the beam. It is like that. In such an embodiment, means (not shown) for changing the magnetic field 225 is arranged to rotate the laser corresponding to the 90% energy region.
[0010]
In FIG. 5, laser 312 includes at least two components 312A and 312B that form at least two independent laser beams 314A and 314B around detector 316. These at least two independent beams 314 A and 314 B are directed to the periphery of the energy region E rather than the center of the energy region E of the measurement surface 320. The use of more than two such laser beams makes it possible to clearly identify the entire important energy region E, not just the center of the E region. If desired, a separate laser can be used, or a single laser beam can be split using a laser splitting device. A plurality of beams may be formed using a diffraction device such as a grating or a holographic component. Two or more lasers may be configured to irradiate laser beams on different sides of the energy region.
[0011]
FIG. 6 shows another embodiment of a technique for demarcating the energy region on the surface on which the temperature is measured, where the laser 412 is mechanically swiveled to circle around the detector 416. Then, an energy region E is defined by irradiating a laser beam 414 on a circular path of a surface (not shown). The laser 412 is rotatably attached to a pivot bearing 420 provided on the connecting arm 421. The arm 421 is attached to a pivot bearing 424 that is rotated by a motor 422. In this way, the laser beam 414 emitted from the laser 412 rotates around the energy region E of the surface whose temperature is being measured to delimit its boundary.
[0012]
This rotation of the laser beam may be performed using a beam splitter or optical fiber technology as shown in FIG. 7, where the laser beam is irradiated through the optical fiber means 501. As such, the beam extends from the laser source in a fan shape to surround and define the energy region E. By using a sufficient number of fiber optics, the perimeter boundary of the target region E can be defined by a ring of light or a ring formed of dots. This can be achieved because the pick-up pattern is circular with only two fibers arranged 180 degrees apart. Further, the fiber optic means may act to direct the laser beam to a central spot in the energy region or a larger central region.
[0013]
FIG. 8 shows still another means for rotating the laser beam 614 emitted from the laser 612. In this method, the laser beam 614 is directed to a rotating plane mirror 630 where it is reflected toward a plated plastic cone mirror 631. This reflected beam irradiates the surface and defines the periphery of the energy region E. The plane mirror 630 is driven by a motor 622. In this way, the laser beam 614 rotates around the periphery of the energy region E of the surface to be measured. These mirrors are positioned at an angle such that laser irradiation is performed at the same angle as the pick-up angle of the infrared detector.
[0014]
Of course, it will be understood that shapes other than the circles shown in FIGS. FIGS. 9A to 9C show alternative squares (FIG. 9A), rectangles (FIG. 9B), and triangles (FIG. 9B) as light patterns that can be realized using the means of the present invention. C)). A closed shape is preferred. This shape may include more than two points or spots.
[0015]
FIG. 10 illustrates a method of defining an energy region that can achieve a circular shape without rotating the laser beam, which includes a plurality of fixed lights positioned to project many spots. It is characterized by using a fiber. In this figure, a fixed laser 712 emits a beam 713 that is split into a plurality of beams 714 by a bundle of optical fibers 715 and projects a pattern 716 defining an energy region E onto the surface. If necessary, special shapes may be used. Such a pattern is also formed by the diffraction means.
Referring to FIG. 10, the means for irradiating a plurality of laser beams (bundle 715) also includes an optical fiber configured to irradiate the laser beam in the axial direction, eg, a single surface on the surface to be measured. By forming a central spot or a larger central region, the plurality of laser beams manifest and define both the center and the periphery of the energy region.
[0016]
FIGS. 11 and 12 show yet another embodiment of a technique for demarcating the energy region on the surface to measure temperature, where the laser is configured to rotate by the use of slip rings and counterweights. ing. For example, FIG. 11 shows such a laser aiming device 1000. The laser aiming device 1000 can be arranged as an integrated device combined with an infrared detector (not shown), or can be made independent as an aiming device that is detachable from the infrared detector.
A laser aiming apparatus 1000 in FIG. 11 includes a laser 1012 that is supplied with power from a power source 1018 and irradiates a target with a laser beam 1014. The laser 1012 is attached so as to be rotatable about a fulcrum 1020. A motor 1021 is provided to supply power to the aiming device and rotate the laser 1012. An external switch (not shown) may be provided to turn on / off the rotation of the motor 1021 and the laser 1012. Separately, upper and lower screw-type adjusters 1013 and 1011 are provided to control the position of the laser 1012 and thus the direction of the more important laser beam 1014. The upper screw type adjusting device 1013 is configured to be used when not rotating, and the lower screw type adjusting device 1011 is used while the laser 1012 is rotating.
Laser 1012 is powered by a power source 1018. A slip ring 1016 is provided to facilitate the rotation of the laser 1012. Above and below the laser 1012, upper and lower counterweights 1015A and 1015B are disposed, respectively, and a return spring 1019 is also disposed.
A laser 1012 of the aiming device 1000 in FIG. 11 is configured to rotate around a fulcrum 1020 when driven by a motor 1021. Thus, the laser 1012 can irradiate the laser beam 1014 in a circular pattern with respect to a target (not shown). During rotation, centrifugal force acts on the counterweights 1015A and 1015B to tilt the laser 1012. The inclination angle can be controlled by screw type adjusting devices 1013 and 1011. This angle is adjusted to correspond to the infrared detector field of the infrared detector in which the aiming device is used. The laser beam 1014 then moves over the periphery of the target area of an infrared detector (not shown). When the motor 1021 is turned off, the return spring 1019 positions the laser 1012 in the center. In this way, the laser beam is positioned at the center of the target area. As a result, the correction function for the user is performed, and the aiming of the laser aiming device is performed appropriately.
[0017]
A variation of the laser aiming device of FIG. 11 is shown in FIG. Laser aiming device 1100 is shown with an infrared detector 1162 having an infrared field of view 1161. The laser aiming device 1100 includes a laser 1112 that emits a laser beam 1114. The laser 1112 is rotatably mounted on the fulcrum 1120. A counterweight 1115 is disposed on the opposite side of the laser 1112 with respect to the fulcrum 1120. The laser 1112 is supplied with electric power from a power source 1118 and is rotated by a motor 1121. A slip ring 1116 is provided to facilitate the rotation of the laser 1112.
The laser aiming device 1100 of FIG. 12 is configured to operate in the same manner as the aiming device 1000 of FIG. As the laser 1112 rotates about the fulcrum 1120, a laser beam 1114 is directed around the periphery of the infrared field 1161 in the infrared detector 1162 to a target (not shown).
[0018]
FIG. 13 shows yet another embodiment of a technique for demarcating the energy region on the surface for measuring temperature. The laser aiming device 1200 is provided as a stand-alone device that is detachable from a standard infrared detector or radiometer. The aiming device 1200 includes a laser 1212 housed in the housing 1201 of the aiming device 1200. The laser 1212 is configured to irradiate a target (not shown) with a laser beam 1214. The laser 1212 is powered by a power source (not shown). A motor 1221 is coupled to the laser 1212 via a rotating assembly 1227 to rotate the laser within the housing 1201. A slider 1226 is provided to facilitate rotation of the laser 1212 within the housing.
An adjustment screw 1217 is provided to control the position of the laser 1212 and thus the direction of the laser beam 1214. A swivel ball 1222 fitted into a swivel ball seat 1220 is disposed around the outer end of the laser 1212. A spring washer 1218 is disposed in the vicinity of the swivel ball 1222.
The laser aiming device 1200 operates in substantially the same manner as the aiming device shown in FIGS. 11 and 12; that is, a single laser 1212 is rotated by a motor 1221 to direct the irradiated laser beam around the periphery of the infrared field. Rotate.
[0019]
FIGS. 14 to 16 show yet another laser aiming device according to the technique of demarcating the energy region on the surface for measuring the temperature shown with the radiometer. In the embodiment of FIGS. 14-16, a conventional radiometer 1300 is used. The radiometer includes a spectacle sight 1305 with a lens 1306 and mounted on top. The spectacle sight 1305 allows the user to point the radiometer 1300 at the target.
At least two laser aiming devices 1312 are disposed on both sides of the radiometer 1300. The apparatus 1312 includes a pair of lasers 1314 disposed within a laser aiming device 1312 located approximately 180 degrees apart on either side of the radiometer, these lasers being in the energy region measured by the radiometer. A pair of laser beams (not shown) are irradiated to the targets on both sides. The laser beam is thus used to define the outer edge of the energy region being measured by radiometer 1300.
[0020]
In another embodiment, the lasers shown in FIGS. 11 to 16 may be synchronized and pulsed. FIG. 17 shows a series of interrupted lines that define the boundaries of the energy region in such an embodiment. The intermittent use of the laser in this embodiment increases the efficiency of the laser, thereby concentrating the overall wattage of the laser in a smaller area and increasing the beam brightness.
[0021]
18 and 19 show an embodiment of a laser aiming device according to the present invention together with a radiometer. In this embodiment, a normal radiometer 1400 is used. The laser aiming device generally designated by reference numeral 1401 includes a single beam laser generator 1402 that generates a laser beam 1403. On the optical axis of the laser beam 1403 and in front of the laser generator 1402, a support 1404 that houses a beam splitter, holographic components, or one diffraction grating 1405 is disposed. In this example, when one diffraction grating 1405 is selected and a laser beam 1403 is incident as shown in the drawing, a total of 12 subdivided beams 1403a that diverge symmetrically with respect to the axis 1406 are converted into a single incident beam. 1403 is formed. Referring to FIG. 19, there is shown a pattern of laser light spots 1403b formed at different locations separated from each other, with a sub-beam 1403a hitting a target 1407 whose temperature is to be examined. Due to the nature of the diffraction grating 1405, the spots 1403b are arranged at equal intervals B on a circle centered on the optical axis of the laser beam 1403, and the overall spread of the subdivided beam 1403a is that of the device from the target 1407. The width A depends on the axial distance. A radiometer 1400 is disposed in the vicinity of and on the side of the support 1404, and its visual axis is parallel to the axis 1406 of the generated laser beam, but if necessary, it is not at the center of the entire dot 1403b but at the target. Radiometer 1400 can also be adjustable relative to axis 1406 so that a selected area is measured.
[0022]
The apparatus according to any of FIGS. 2, 3, 4, 6, 8, 11, 12, 13 and 18 may further comprise means for irradiating the laser beam in an axial direction so as to strike the surface area to be measured. For example, in FIG. 18, the diffraction grating 1405 is selected to form not only the subdivided beam 1403a but also the central subdivided beam along the axis 1406.
[0023]
Referring to FIG. 20, a radiometer 1400 is positioned on the central axis in the vertical direction of the laser generator 1401 and at an appropriate distance downstream from the diffraction grating inside the plurality of laser beams, thereby forming a spot pattern. A variant is shown schematically so as not to interfere with the transmission of the subdivided beam.
In one practical configuration, a laser beam generator 1401, a diffraction grating support 1404, and a radiometer are suitably mounted on a support structure (not shown) to provide a portable device that is directed to a selected measurement area. Retained. Thus, a method for identifying a range of a radiation region on a region for measuring temperature is a sighting device for use with the radiometer, comprising a sighting device including means for generating a laser beam. A step of splitting the laser beam through a diffraction grating means into a plurality of three or more components, directing the beam component to the region, and a plurality of illuminations at locations where the beam component hits the region. Forming a region and determining a temperature of the region by the radiometer. Preferably, the diffraction grating means subdivides the laser beam into a plurality of three or more beams forming an illuminated region spaced apart on a circle or other closed geometric figure of the region. Is something.
[0024]
【The invention's effect】
According to the present invention, the diffraction grating 1405 is a solid of a single structure and is stable against impact in the mounted state. Therefore, when used in the portable device of the present invention, the diffraction grating 1405 can be configured at low cost. In addition, even if there is vibration when it is carried, there is no error, and there is an effect that it can be used with a long life as an accurate device.
According to the configuration of the present invention, when recognizing a circular visible pattern, the plurality of light spots 1403b are simultaneously displayed as a circumferential visible pattern, so that the user does not flicker the visible pattern on the circumference. There is an effect that can be visually recognized as a clear circle.
Further, when measuring the temperature at the remote surface 1407, according to the configuration of the present invention, the user can visually observe the range of the invisible infrared energy region as a circular visible pattern. There is an effect that the temperature within the range can be measured accurately.
According to the configuration of the present invention, when measuring the temperature at the remote surface 1407, the portable device for temperature measurement is always invisible regardless of whether it is positioned far from the surface 1407 or close to it. Since the range of the infrared energy region coincides with the circular visible pattern, the user can always accurately measure the temperature in the invisible infrared energy region.
Although the invention has been described with particular reference to preferred embodiments thereof, it will be apparent that various changes and modifications can be made without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. Let ’s go.
The above and other objects and advantages of the present invention will become more apparent from the detailed description of the preferred embodiments of the present invention and the accompanying drawings.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic diagram of a prior art radiometer using a laser aiming device.
FIGS. 2A and 2B show a method of defining an energy region by moving a laser beam stepwise. FIG. (C) is a schematic illustration of an embodiment characterized in that the laser beam draws the boundary of the target area using a mirror.
FIG. 3 is a schematic diagram of an embodiment in which a laser is swung around a fulcrum using mechanical power means.
FIG. 4 is a schematic diagram of an embodiment in which the target region is clearly indicated by changing the direction of the laser according to the magnetic field.
FIG. 5 is a schematic diagram of an embodiment in which many independent laser beams are irradiated to define the energy region being measured.
FIG. 6 is a schematic diagram of an embodiment for mechanically turning a laser.
FIG. 7 schematically shows an arrangement of fiber optics for forming a pattern of a target area by a laser beam.
FIG. 8 is a detailed cross-sectional view of an embodiment in which a laser is mechanically swiveled around a detector.
FIGS. 9A to 9C show alternative shapes for boundaries that can be projected using the apparatus of the present invention. FIGS.
FIG. 10 is a schematic diagram of an example of using an optical fiber to split a laser into a plurality of laser beams that define an energy region.
FIG. 11 is a side sectional view of a laser aiming device that can be used in combination with a radiometer, in which a laser is rotated using a slip ring.
12 is a side view showing a modified example of the laser aiming device of FIG. 11 in which the aiming device is attached to an infrared detector.
FIG. 13 is a side view showing still another modified example of the laser aiming device.
FIG. 14 is a side view of an embodiment in which the laser aiming device uses laser beams disposed on both sides of the infrared detector.
FIG. 15 is a front view of the embodiment of FIG. 14;
16 is a plan view of the embodiment of FIGS. 14 and 15. FIG.
FIG. 17 shows an interrupted line formed by a synchronously pulsed laser.
FIG. 18 is a partial cross-sectional view of a preferred embodiment of the present invention characterized in that the laser aiming device uses a single laser beam that is split and diverges into a plurality of independent beams by a diffraction grating.
FIG. 19 is a diagram showing a dot pattern of laser light formed on a target area when an independent beam generated by subdividing the single laser beam hits it.
FIG. 20 is a diagram showing a modified example in which the radiometer is arranged on the optical axis of the laser beam.

Claims (1)

温度感応赤外線放射計(1400)と、
レーザ照準装置(1401)とを備える温度測定の為の携帯型装置であって、
上記放射計(1400)は、遠隔の温度測定対象の表面(1407)における表面温度測定の為の赤外線のエネルギー領域の範囲に対応する視界の角度を有し、かつ、
上記レーザ照準装置(1401)と共に、遠隔の赤外線放射表面(1407)に上記視界の角度を指向する状態で、レーザ照準装置(1401)における単一ビームレーザ発生装置(1402)の近傍に配置されている温度測定の為の携帯型装置において、
上記レーザ照準装置(1401)には、単一ビームレーザ発生装置(1402)を備え、
この単一ビームレーザ発生装置(1402)は、遠隔の温度測定対象の表面(1407)の向きにレーザービーム(1403)を発生させ、
1つの回折格子(1405)は、上記発生装置(1402)と遠隔の温度測定対象の表面(1407)とを結ぶ線上に配置されており、
上記回折格子(1405)は、上記発生装置(1402)からの1本のレーザービーム(1403)が入射すると、上記レーザービーム(1403)の延長線上の軸(1406)のまわりに複数の細分化されたレーザービーム(1403a)を対称的に拡散する状態で、同時に発生させて上記複数の細分化されたレーザービーム(1403a)を、表面(1407)上に複数の光点(1403b)により1つの円周状となる可視パターンが形成されるように温度測定の表面(1407)に同時に到達させ、
上記遠隔の温度測定対象の表面(1407)における上記放射計(1400)が備える視界の角度の内に存在する不可視のエネルギー領域の範囲の境界を、
上記複数の光点(1403b)でもって円周状の可視パターンとして表出させるようにし、
上記放射計(1400)の指向方向と、上記複数の細分化されたレーザービーム(1403a)における軸(1406)とは、不可視のエネルギー領域の範囲の境界と、円周状の可視パターンとが、対応するように調整可能にしてあることを特徴とする温度測定の為の携帯型装置。
Temperature sensitive infrared radiometer (1400),
A portable device for temperature measurement comprising a laser aiming device (1401),
The radiometer (1400) has a field of view angle corresponding to the range of the infrared energy region for surface temperature measurement on the surface (1407) of the remote temperature measurement object, and
Along with the laser sighting device (1401), the laser sighting device (1401) is positioned in the vicinity of the single beam laser generator (1402) with the viewing angle directed to the remote infrared emitting surface (1407). In a portable device for measuring temperature,
The laser sighting device (1401) includes a single beam laser generator (1402),
This single beam laser generator (1402) generates a laser beam (1403) in the direction of the surface (1407) of the remote temperature measurement object,
One diffraction grating (1405) is arranged on a line connecting the generator (1402) and the surface (1407) of a remote temperature measurement object,
When one laser beam (1403) from the generator (1402) is incident on the diffraction grating (1405), the diffraction grating (1405) is divided into a plurality of segments around an axis (1406) on an extension line of the laser beam (1403). The laser beam (1403a) is generated in a symmetrical manner, and the plurality of subdivided laser beams (1403a) are simultaneously formed on the surface (1407) by a plurality of light spots (1403b). The temperature measurement surface (1407) is made to reach at the same time so that a visible visible pattern is formed,
The boundary of the invisible energy region existing within the angle of view of the radiometer (1400) on the surface (1407) of the remote temperature measurement object,
Let it be expressed as a circumferential visible pattern with the multiple light spots (1403b),
The directivity direction of the radiometer (1400) and the axis (1406) of the plurality of subdivided laser beams (1403a) are defined by the boundary of the invisible energy range and the circumferential visible pattern. A portable device for temperature measurement, characterized by being adjustable to accommodate.
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